Optical Plasmon Resonances in Arrays of Au Nanoclusters

Abstract

АннотацияРабота посвящена исследованию явления локализованного поверхностного плазмонного резонанса (ЛППР) в массивах нанокластеров Au с помощью оптической спектроскопии отражения. Массивы нанокластеров, имеющих форму цилиндра, диаметр и период которых варьируются в диапазоне 30-150 и 130-200 нм соответственно, были изготовлены на подложках Si и Si / SiO 2 методом электронно-лучевой литографии. Из сравнения экспериментальных спектров отражения с численно рассчитанными методом конечной разницы во временной области (англ. finite difference time domain, FDTD) были определены структурные параметры модели плазмонных наноструктур, используемые в дальнейшем для расчета спектров поглощения плазмонных структур. Значения частот ЛППР определялись по максимумам спектров поглощения. Данное исследование выявило сильную зависимость частотного положения ЛППР от размера нанокластеров, расстояния между нанокластерами, а также от толщины слоя SiO 2 в нанометровом диапазоне. Особое внимание было уделено наблюдению по спектрам отражения формирования поперечной плазмонной моды, распространяющейся вдоль поверхности подложки и поляризованной перпендикулярно поверхности. Возбуждение данной моды мы связываем с рассеянием электромагнитного поля на соседних нанокластерах. Предложенный нами метод обеспечивает возможность оперативного определения частотного положения ЛППР по спектрам оптического отражения, что особенно важно в случае непрозрачных подложек (включая подложки Si и Si / SiO 2 ), для которых измерения оптического поглощения оказывается невозможным. Широкое поле потенциальных применений металлических наноструктур с хорошо контролируемыми плазмонными свойствами включает поверхностно-усиленное инфракрасное поглощение, фотолюминесценцию и комбинационное рассеяние, а также передачу сигнала в кремниевой фотонике. Ключевые слова локализованный поверхностный плазмонный резонанс, нанокластеры Au, оптическая спектроскопия отражения, оптическое поглощение Благодарности Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ и Немецкого научно-исследовательского сообщества в рамках проектов РФФИ (проекты № 18-02-00615_a, 19-52-12041 ННИО_а). Мы благодарим А. Орешонкова и А. Шахраманьяна за помощь в численном моделировании. С. Л. Вебер благодарит РНФ за поддержку в проведении Фурье-ИК измерений (грант № 17-13-01412) Для цитирования Аникин К. В., Милёхин А. Г., Родякина Е. Е., Вебер С. Л., Латышев А. В., Zahn D. R. T. Оптические плазмонные резонансы в массивах нанокластеров Au // Сибирский физический журнал. AbstractThis work is devoted to the study of the phenomenon of localized surface plasmon resonance (LSPR) in Au nanocluster arrays using optical reflection spectroscopy. Arrays of nanoclusters having the shape of a cylinder, the diameter and period of which vary in the range of 30-150 and 130-200 nm, respectively, were manufactured on Si and Si / SiO 2 substrates by electron beam lithography. From a comparison of experimental reflection spectra with numerically calculated by finite difference time domain method (FDTD), the structural parameter...